【手続補正書】
【提出日】平成18年2月15日(2006.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】          明細書
【発明の名称】      二酸化炭素プロセスによって発電所設備を運転する方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】  等エントロピー圧縮、等圧及び等時熱供給のうち少なくとも一つと、等エントロピー膨張、等圧及び等時熱排出のうち少なくとも一つを含む、ＣＯ2 プロセスによって発電所設備を運転する方法において、ＣＯ2 プロセスが内部燃焼によって行われ、燃料（２１）のほかに、酸化のために必要な酸素（１８）が供給されることを特徴とする方法。
【請求項２】  プロセスと協働して、余剰の水（２５）とＣＯ2 が凝縮され、かつプロセスから分離されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】  プロセスの充填度、ひいてはプロセスの出力が、ＣＯ2 の適当な割合を分離することによって調節されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】  発電所設備の始動が圧縮の上流で作用する空気スタート弁（７）を接続することによって行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】  プロセスから取り出されたＣＯ2 の一部が冷却器（１４）で凝縮されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項６】  プロセス内の冷却器から生じる寄生ガス（１６）が冷却器（１４）の後で分離されることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】  発電所設備が循環ガスで運転される、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法を実施するための回路において、発電所設備が閉じたまたはほぼ閉じた回路を備えたガスタービンを備え、ガスタービンが圧縮機ユニット（１）と燃焼室（３）とタービン（２）と発電機（４）を備えていることを特徴とする回路。
【請求項８】  圧縮機ユニット（１）が少なくとも１個の中間冷却器（２８）を備えていることを特徴とする請求項７記載の回路。
【請求項９】  圧縮機ユニット（１）が等温冷却のための手段を備えていることを特徴とする請求項７記載の回路。
【請求項１０】  ＣＯ2 の凝縮のための冷却器が圧縮機ユニットの流出側に配置されていることを特徴とする請求項５または７記載の回路。
【請求項１１】  プロセスで生じる水（２５）を分離するための冷却器または熱交換器（２４）がタービンの流出側に配置されていることを特徴とする請求項７記載の回路。
【請求項１２】  タービンからの排ガスと協働して運転される少なくとも１つの蒸気回路（３１，３４・・・）が、ガスタービンの流出側に配置されていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一つに記載の回路。
【請求項１３】  蒸気回路が少なくとも、廃熱蒸気発生器（３１）と少なくとも１個の蒸気タービン（３２）を備えていることを特徴とする請求項１２記載の回路。
【請求項１４】  ガスタービンが順次燃焼式に構成されていることを特徴とする請求項７〜１３のいずれか一つに記載の回路。
【請求項１５】  ガスタービンが圧縮機ユニットと、この圧縮機ユニットの下流側で作用する第１の燃焼室と、第１の燃焼室の下流側で作用する第１のタービンと、第１のタービンの下流側で作用する第２の燃焼室と、第２の燃焼室の下流側で作用する第２のタービンとを備え、第２の燃焼室が自己着火式燃焼室として形成されていることを特徴とする請求項１４記載の回路。
【請求項１６】  流体機械が共通のロータ軸に配置されていることを特徴とする請求項１５記載の回路。
【請求項１７】  第２の燃焼室が渦を発生する要素を備えていることを特徴とする請求項１５記載の回路。
【請求項１８】  発電所設備が循環ガスで運転される、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法を実施するための回路において、発電所設備が少なくとも１個の燃焼室（３）と、タービン（２）と、発電機（４）とを備え、水ポンプ（５８）がインゼクタ（６０）と協働して循環ガス（２３）を圧縮し、タービンの流出側に換熱器（６４）が配置され、圧縮された循環ガス（６３）が換熱器を通って流れ、換熱器の上流で循環ガス（６７）が分離され、凝縮可能であることを特徴とする回路。
【請求項１９】  水ポンプ（５８）がタービン（２）によって駆動されることを特徴とする請求項１８記載の回路。
【請求項２０】  循環ガスが水噴霧装置によって等温圧縮可能であり、この水噴霧装置が圧縮された循環ガスを噴霧された水滴と混合し、それによって水と循環ガスの混合物が発生し、この水と循環ガスの混合物が、水を圧縮された循環ガスから分離する室に入り、この循環ガスが他の通路を通って燃焼室（３）に直接または間接的に供給可能であることを特徴とする請求項１８記載の回路。
【請求項２１】  水噴霧装置が高圧水インゼクタであることを特徴とする請求項２０記載の回路。
【請求項２２】  発電所設備が循環ガスで運転可能である、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法を実施するための回路において、発電所設備が自己着火または火花点火によって運転可能なピストン機械（６９／７０）であることを特徴とする回路。
【請求項２３】  ピストン機械が４サイクル内燃機関であることを特徴とする請求項２２記載の回路。
【請求項２４】  循環ガスが必要に応じて貯蔵室（７１）から取出し可能であることを特徴とする請求項２２記載の回路。
【請求項２５】  余剰の循環ガスが更に凝縮するために、サイクル（８０）の適切な個所から取出し可能であることを特徴とする請求項２２記載の回路。
【請求項２６】  発電所設備の充填圧力が余剰循環ガスの取出し量を適切に配量することによって調節可能であることを特徴とする請求項７，１８または２２のいずれか一つに記載の回路。
【請求項２７】  圧縮と膨張がほぼ等エントロピーで行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２８】  冷却がほぼ等温で行われることを特徴とする請求項９記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念に記載のＣＯ2 設備を運転する方法に関する。本発明は更に、この方法を実施するための回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内部燃焼式機械は圧縮した大気内でその燃料を燃焼し、その燃焼ガスをこの空気および利用されない残りの酸素と密に混合する。その際、ほとんど炭化水素を含んでいる燃料は特に、温室ガスであるＣＯ2 を発生する。今日、化石燃料の使用により、ＣＯ2 が放出される。このＣＯ2 は世界の気候に対して危険であるということが国際的に認識されている。従って、ＣＯ2 を放出しない技術の研究が既に進行している。
【０００３】
今日、エネルギー供給は内部燃焼式の機械内で化石燃料エネルギーの使用によって行われる。この場合、希釈されたＣＯ2 が大気に廃棄される。
【０００４】
液化、分離および大気からの遮断によって、排ガスからＣＯ2 を分離し、排気することは容易に考えられる。しかし、流量が非常に多いので、このような方法を実施に移すことが不可能である。
【０００５】
他の公知の方法は、冷却された排ガスを、内部燃焼式機械の吸込み部に再循環されることである。これは空気中の酸素を利用し尽くすような規模で実施可能である。この場合、排ガスは空気中の窒素と混合したままであり、それによってＣＯ2 の分離は不充分である。
【０００６】
更に、空気で運転される燃焼機械は窒素酸化物を発生する。この窒素酸化物は空気中の有害物質であり、コストのかかる手段によってその発生が抑えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は対策を講じる。特許請求の範囲に記載されているような本発明の根底をなす課題は、冒頭に述べた種類の方法および回路において、発生するＣＯ2 を環境にやさしく廃棄し、かつ発生する空気中の窒素酸化物を除去することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、後続の液化のためにＣＯ2 を純粋な形でかつ圧力下で放出する方法を提供することにある。
【０００９】
その際、方法は、内部燃焼式のＣＯ2 プロセスから出発する。このプロセスの場合、回路内にあるＣＯ2 の加熱が、好ましくはガス状の燃料によって行われ、この燃料の酸化のために必要な量だけ酸素が供給される。
【００１０】
適切な個所で回路からＣＯ2 を抽出することにより、充填の程度ひいてはプロセスの出力が連続的に調節可能である。
【００１１】
続いて、プロセスから分離されたＣＯ2 を凝縮することにより、このガスの集合状態が実現される。この集合状態では、発生するＣＯ2 は特に温室問題の点で環境にやさしく容易に廃棄可能である。
【００１２】
本発明の他の重要な効果は、方法が複数の種類のガスタービン回路に基づいて実施可能であることにある。この場合、その都度使用される回路は予め定めたパラメータに依存して最適な解決策を示す。
【００１３】
本発明の他の重要な効果は、空気を吸い込むすべての燃焼機械が窒素酸化物を発生するという事実に対して、対策を講じることにある。この窒素酸化物は空気中の有害物質として作用し、その発生を抑制するためにはコストのかかる手段を用いなければならない。これは許容有害物質放出に関する世界的な制限規則から見て最終的なものではない。純粋な酸素と共に再循環運転すると、空気中の窒素は火炎に達せず、ＮＯx も発生しない。窒素と結びついた燃料を一緒に運ぶときには確かにＮＯx の発生が少なくなる。しかし、余剰ガスが空気運転の場合の排ガスよりもはるかに少ないので、その後処理は簡単で低コストで済む。
【００１４】
本発明による課題解決策の好ましい実施形は他の請求項に記載されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、図に基づいて本発明の実施の形態を詳しく説明する。本発明の直接的な理解にとって重要でないすべての特徴は省略されている。異なる図において同じ要素には同じ参照符号が付けてある。媒体の流れ方向は矢印で示してある。
【００１６】
図１は閉じた回路を有するガスタービンを示している。このガスタービンまたはガスターボセットは、集合体の観点から、圧縮機ユニット１と、この圧縮機ユニットに連結された発電機４と、圧縮機ユニットに連結されたタービン２と、圧縮機ユニット１とタービン２の間で作用する燃焼室３とを備えている。流体機械１，２は共通の１本の軸５によって連結可能である。圧縮機ユニット１によって吸い込まれる循環媒体６（大抵の場合ＣＯ2 である）は圧縮後燃焼室３に流れる。この燃焼室では、この媒体の熱処理が行われる。そして、媒体は高温ガス１０としてタービン２に供給される。圧縮機ユニット１は始動後、スタート弁７を経て空気８を吸い込むことができる。この空気の窒素は、発生するＣＯ2 によって押しのけられるので、出口弁４０から連続排出される。圧縮された循環ガス９の主成分は圧縮の後で、前述のように燃焼室３に供給される間に、第１の二次流１１は冷却媒体として冷却すべき機器の冷却通路に案内される。この回路の場合、燃焼室３とタービン２が冷却される。この場合、冷却は閉じた流路及び開放した流路、又は、これらのうちどちらか一方の内部で行うことができる。圧縮された循環ガス全体の４〜８％のオーダーの第２の二次流１２が、付加的に分岐される。この圧縮されたＣＯ2 は液化のために必要な圧力を有する。このＣＯ2 部分は、余剰ガス弁の機能を発揮する弁１３を経て、閉鎖回路から排出される。この循環ガスは主としてＣＯ2 からなっているがしかし、恐らく寄生ガスを含んでいる。この寄生ガスは酸素と燃料によっておよびスタート時に空気によって持ち込まれ、この寄生ガスの崩壊生成物はＮＯx である。冷却器１４内でＣＯ2 を凝縮した後で、液化したこのＣＯ2 の流れ１５は例えば海底または採掘された天然ガス床に廃棄するために排出される。
【００１７】
適当な手段による適切な場所へのこの廃棄は、大気へのガス状ＣＯ2 の絶え間ない排出による温室効果の問題を迅速にかつ持続的に解決する。更に、寄生ガスは同様に、上記の冷却器１４との協働作用によって析出される。非常に少ないこの流量１６は更に分離されるかまたは大気に放出される。燃焼室３の運転に関連して、空気分解装置１７で生成された酸素量１８はコンプレッサ１９で圧縮され、調節機構２０を経て燃焼室３に供給される。それと平行に、調節機構２２を介して適切に調和された燃料２１、特に天然ガスあるいは他の炭化水素またはＣＯあるいはそれらの混合物が燃焼室３に流れる。この場合、添加された酸素量１８によって、圧縮された循環ガス９の熱処理が行われる。燃焼室から出る高温ガスは続いて、後続配置のタービン内２で膨張する。図示した閉鎖回路のために、タービン２から流出する排ガス２３は熱交換器２４を通って案内され、再び上記の圧縮機に供給される。この熱交換器２４から、発生する水２５が調節機構２６を経て分離される。
【００１８】
図示した回路は厳密に言えば、ほぼ閉じた回路である。この回路は圧力に耐えるように形成されている。この場合、いろいろな運転方法で、真空に耐える循環案内も可能である。余剰ガス弁１３の絞りまたは開放によって、回路は自動的に充填または排出される。この場合、循環する流れと出力は相応して増大する。この弁１３を開放すると、回路内の圧力が低下し、還流に負圧が発生し得る。設備は圧力範囲全体で、すなわち１０〜１００％の出力範囲内で0.5 〜５バールの還流に関連する設計圧力範囲において、ほぼ一定の効率を有する。低い圧力範囲では、熱交換器２４内の凝縮温度が低下する。これは効率をやや上昇させる。従って、定置ガスタービンにおいて知られている、設置高さの増大および吸込み温度の上昇によって生じる不所望な出力ロスが回避される。設備が大気に排出される余剰排ガスで運転されると、余剰排ガスの正圧がタービン内で利用されて付加的な出力を生じるので、全体効率が更に改善される。これについては、次の図の詳細な説明を参照されたし。
【００１９】
図２は、圧縮と協働して１個または複数の中間冷却段が設けられている点が、図１と異なる。圧縮中のこのような中間冷却は、プロセスを改善するためのものであり、効率の上昇及び出力増大、又は、これらのうちどちらか一方を生じる。その際、中間冷却は効率曲線を平坦化することになり、特に高い圧力比の設備の場合に重要である。図示した中間冷却は、圧縮される循環媒体６が第１の予備圧縮段１ａ／２７の後で中間冷却器２８を通って流れるので、最も簡単な回路である。中間圧縮および冷却された媒体２９は続いて、第２の圧縮段１ｂで完全に圧縮される。この中間冷却段は、ＣＯ2 の凝縮した部分量３０を排出できるように形成可能である。設備の効率のかなりの上昇と、排出すべきＣＯ2 の良好な仕上げ凝縮を生じる他の中間冷却は、圧縮プロセスの範囲内で等温冷却またはほぼ等温冷却を目指すことによって達成可能である。そのために、圧縮機内に水噴射部が設けられている。この水噴射部はそれぞれ案内羽根の平面内に配置され、流通する圧縮機通路の全高にわたって延びている。この手段により、圧力損失を有する付加的な構成要素を省略することができる。この場合、この手段により、特別な流れに従って水を噴射することができる。この水噴射は、次のようにしてその量が保たれる。すなわち、発生する蒸気とＣＯ2 の混合物が圧縮中に水飽和線を上回らないような量の水をその都度圧縮プロセスに供給することと、少なくとも噴射された全部の水が完全に凝縮して、その浄化後再び噴射水として使用できるように、中間圧縮されたＣＯ2 が冷却されることにより、水噴射量が保たれる。図２に示したこの回路のその他の方法ステップは図１の実施の形態と同じである。
【００２０】
図３は蒸気回路を備えたガスターボセットを示している。この場合にも、ガスターボセットが閉鎖回路で作動することが重要である。タービン２からの排ガス２３は廃熱蒸気発生器３１を流れる。この廃熱蒸気発生器内では、供給ポンプによって供給された水３３の向流によって蒸気３４が発生する。この蒸気は特に蒸気タービン３２に供給するために使用される。続いて、膨張した蒸気は調節機構３６を経て燃焼室３に案内される。この場合、必要に応じて、この膨張した蒸気の一部３７が、上記調節機構３６の下流で分かれ、タービン２に導入される。この導入蒸気は特に、この流体機械の熱的に高負荷された部分を冷却するために使用され、そして流れに供給される。それによって、タービン出力が上昇し、蒸気を多く含む循環ガス、ここではＣＯ2 が付加的な蒸気を発生する。それによって、出力密度自体が大きく上昇する。廃熱蒸気発生器３１からの蒸気３４全部がガスターボセットの上記装置に噴射されると、上記の蒸気タービン３２が不要となり、設備が簡単および低コストとなり、効率が数％低下する。ここで特に、ＳＴＩＧを備えた回路を参照されたし。その際、廃熱蒸気発生器３１においてできるだけ高い圧力の蒸気を発生し、蒸気タービンを介してガスターボセットの主軸５にまたは詳しく示していない別個の発電機に出力を付与するときに、効率を改善することできる。このような回路は図５，６を参照して詳しく説明する。廃熱蒸気発生器３１内で冷却される循環ガス３８の、出口弁４０を介して調節される部分３９は、閉じたまたはほぼ閉じた回路に所属する熱交換器２４の上流で分岐している。
【００２１】
図４は図３の基本回路から出発し、圧縮器ユニット１の範囲の中間冷却については図２に従っている。この両図の実施の形態はここでも通用し、この図４の統合された部分である。
【００２２】
図５は図３に基づいている。この場合、廃熱蒸気発生器３１と協働する蒸気タービン４１はガスターボセットの主軸５に連結されている。それによって、出力が直接的に生じる。この蒸気タービン４１から膨張した蒸気４２は、調節機構４３を経て燃焼室３及びタービン２、又は、これらのうちどちらか一方に導入される（４４参照）。それによって、出力密度が大幅に増大する。勿論、この蒸気を、ガスターボセットの回路の他の個所に導入することができる。この蒸気によって更に、閉じた或いは開放した流路内で、上記機器２／３の熱的に強く負荷された部分を冷却することができる。その際、蒸気３４が必要な圧力で直接発生可能であるかあるいは高い圧力でそして既に述べた制御機構４３を経てあるいは蒸気タービン４１を経て噴射にとって必要な圧力レベルで膨張することができる。図示した回路は充填（過給）運転のために、廃熱蒸気発生器３１からの排ガス４７の付加的な取出しと、廃熱蒸気発生器３１の下流から他の排ガス４５の取出しを示している。両排ガス４５／４７は膨張器４６に供給され、この膨張器の後で排出される（４８）。この場合、排ガスの再使用は個々のケースで行われる。例えば回路の充填のための最適な圧力がこの膨張器４６を介して調節可能である。この場合、量の調節を行うことができる。もし必要であれば、圧力調節によって、主蒸気３４の圧力を互いに依存して調節することができる。
【００２３】
上記の回路は複合設備のように設計可能である。この場合、中間冷却器付きまたは中間冷却器なしの、図５に示したガスタービン回路は、複合設備の基本回路を形成する。このようなガスタービン回路はヨーロッパ特許出願公開第０７６７２９０号公報に開示されている。この文献は本明細書の統合された部分を形成している。
【００２４】
図６は図５の基本回路から出発し、圧縮器ユニット１の範囲の中間冷却については図２に従っている。上記の両図の実施の形態はここでも通用し、この図６の統合された部分である。
【００２５】
図１〜６のガスターボセットは、ヨーロッパ特許出願公開第０６２０３６３号公報記載の順次燃焼式設備によって容易に置き換え可能である。この場合、この文献は本明細書の統合された部分を形成している。
【００２６】
図７はＣＯ2 を充填する部分的に閉じたガスタービンプロセスを示している。このガスタービンプロセスは、燃料２１、ここではＣＨ4 と、それに関連する酸化剤、ここではＯ2 が燃料室３に供給されて行われる。この場合、発生した余剰ＣＯ2 とＨ2 Ｏを適当な個所で分離することも目的である。そして、分離された高圧のＣＯ2 は冷却によって容易に液化可能である（Ｔk ＝３１°Ｃ、ｐk ＝７４バール）。これは海底へのその容易な廃棄を可能にする。ＣＯ2 は比較的に重いガスである。その比熱は半理想ガス状態で、１５°Ｃのｃp 0.84からｃp ＝1.235kJ/kg°Ｃまで変化するので、等エントロピー指数κは１５°Ｃの1.29から1000°Ｃのκ＝1.181 に低下する。この特性は最大比作業と最大効率のために非常に高い圧力比を生じる。値は係数４だけ空気よりも高い。従って、このような回路の場合に中間冷却器と換熱器を設けることが有利である。そして、７００°Ｃで約５の小さな圧力比が生じる。更に、ＣＯ2 の音速が空気よりも非常に低いので、特に圧縮機を、空気の場合普通である周速よりも低い周速に設計しなければならない。図７の場合、第１の予備圧縮機段１ａ（ＮＤ圧縮機）はゆがんでいないガス内にあり一方、後続配置の中間冷却器５０はガス／蒸気／液体の限界曲線近くで延び、圧力に依存してきわめて大きな比熱を有する。予備圧縮された循環媒体２７は換熱器５１を通過し、続いて第２の圧縮段１ｂに流れる前に、既に述べた中間冷却器５０を通過する。この第２の圧縮段では、最終圧縮が行われる。この中間冷却器５０と協働して、適度の再冷却または熱搬出によって、プロセスから余剰ＣＯ2 を非常に簡単に液体状態で取り出すことができる。この用途のために、中間冷却器５０の範囲内の等圧区間を湿った領域に配置すると有利である。それによって、余剰のＣＯ2 がそのとき既に液化している。そのために、２０°Ｃよりもできるだけ低い温度の低温冷却水を供する必要がある。そして、最終圧縮された循環ガス１２は平行な管路５４，５５と、同様に平行に接続された換熱器５１，５３を経て流れる。この換熱器では、組み合わせられて中間予熱が起こる。そして、循環ガス５６の最終予熱は後続配置の換熱器５２で起こる。タービン２からの排ガス２３がこの換熱器を流れる。更に、この排ガス２３は既に述べた換熱器５３も通過する。一方、最後に述べた平行に接続された換熱器５１は、予備圧縮された循環ガス２７だけが通過する。排ガス２３が通過した換熱器５２，５３の下流側には、他の中間冷却器４９が配置されている。冷却された循環ガス５７が予備圧縮機段１ａに再び流れる前にこの中間冷却器を通過する。それによって、回路は閉鎖回路である。
【００２７】
図８は後続配置の蒸気回路を備えたガスタービンプロセスを示している。この場合、回路は等温圧縮機と換熱器によって拡張されている。この回路は有利な実施形では、圧力水または勾配によって運転される等温圧縮機４９を使用している。この等温圧縮機はその強い熱交換作用のために、同時に再冷器の機能を発揮する。従って、羽根付きの慣用の圧縮機は不要である。このような等温圧縮機の場合には、循環ガスが等温圧縮の範囲内で予備圧縮された状態に移行する。この等温圧縮の場合には、循環ガスは高い圧縮温度に達することなく、比較的に強く圧縮可能である。従って、極端な場合、少なくとも慣用の圧縮機を回避し、タービンによって圧縮機を駆動しないで、この循環ガスをガスタービンの駆動のために直接供することができる。この等温圧縮により、最大の熱供給は圧力比が増大するにつれて減少しない。それによって、大きな圧縮比の場合にも、出力密度は高いままである。更に、換熱は常に可能である。勿論、等温予備圧縮された循環ガスを、慣用の高圧圧縮機に供給することができる。このような等温圧縮機はタービンから出る排ガスの廃熱の利用に関して特性を改善する。特に、等温圧縮の後に接続配置された高圧圧縮機段から出た後の高圧縮された空気の温度レベルは、慣用のガスタービン装置の圧縮の場合よりも低い。図７から明らかなように、エネルギーを発生するガスタービンと組み合わせたこの等温圧縮機の有利な実施形では、垂直に延びる流路が設けられ、この流路は上側の入口範囲と下側の出口範囲を有する。この場合、入口範囲の流路の直径は出口範囲の流路の直径よりも大きい。流路の入口範囲には、水を噴霧するノズル装置が設けられている。このノズル装置はできるだけ多数の小さな水滴を多量発生する。同様に、流路の入口範囲で水を噴霧する場合には、噴霧された水が循環ガスと良好に混合されるように留意すべきである。このようにして発生した循環ガスと水の混合物は、重力に基づいて流路の中を落下する。この流路の内側輪郭は、入口近くの範囲が流路の垂直方向延長に沿ってほぼ同じ横断面を有するように形成されている。従って、循環ガスの速度と、落下する滴の塊が、衝撃伝達によって迅速に均一化される。循環ガスと水の混合物が６〜１２ｍ／ｓの所定の落下速度に達するや否や、流路の横断面が落下方向に小さくなるので、滴の塊と循環ガスの間の相対速度差がほぼ一定のままである。滴の塊は制動されることなく、重力加速度によって下方に加速される。速度ｖは式
【００２８】
【数１】
2000064854.tif 000001
に従って迅速に高められる。この場合ｇは重力加速度であり、ｘは下向きの座標を示し、ｘ0 は、自由落下運動のスタート点にほぼ相当する定数である。循環ガスが自由落下に追従すると、圧縮竪穴の横断面積は、容積維持の法則
【００２９】
【数２】
2000064854.tif 000002
に従わなければならない。この場合、Ａ0 は落下竪穴のスタート点の横断面積、Ａは任意の個所の横断面積である。しかし、落下竪穴の横断面積は最後に述べた式よりも幾分ゆっくり狭くなっている。その際、滴の塊に対する循環ガスの制動作用が滴と循環ガスの間の一定の相対速度差を生じるように狭くなっている。従って、流れ横断面縮小の結果、水滴の間に閉じ込められた循環ガスはベルヌーイの定理に従って、等温圧縮と同じ圧力上昇を生じる。等温圧縮された循環ガスと水の混合物は、流路の出口を通って、出口に直接設けられた捕集槽または高圧室内に達する。この捕集槽または高圧室では、水が圧縮された循環ガスから分離される。
【００３０】
このような等温圧縮を、図８の例に基づいて詳しく説明する。この場合、この説明は、上述のプロセスの代わりに、駆動される水供給に基づいている。
【００３１】
最適な液化のための温度と圧力に関する、循環ガスとしてのＣＯ2 の技術−物理的な観点については、図７の実施の形態を参照されたし。
【００３２】
圧縮された循環ガスの準備は、上記の実施の形態と異なり、水ポンプ５８によって開始される。この水ポンプはタービン２によって駆動される。圧力を加えた水５９はインゼクタ６０に流れる。このインゼクタでは、換熱器６４によって前もって冷却されたタービン２からの排ガスの圧縮が行われる。膨張した水６５はインゼクタから再びポンプ５８に戻る。このインゼクタでは同時に、換熱器６２から流れる空気６１がプロセスをスタートさせるために準備される。圧縮された循環ガス６３は既に述べた換熱器６４に流れ、そこで排ガス２３から放出された熱を受け取る。そして、この循環ガスは準備された循環ガス６６として燃焼室に流れる。インゼクタで圧縮された循環ガス６３の一部６７は、換熱器６４の上流で分岐し、冷却器１４に案内される。この冷却器において、既に述べたように、ＣＯ2 の凝縮が行われる。液化されたＣＯ2 の排出１５と寄生ガス１６の排出が行われる。この図のその他の要素は、図５の回路の要素と一致している。この場合、換熱器６４からの上記管路４７は調節機構６８を備えている。
【００３３】
図９はピストン機械６９／７０に基づく回路を示している。勿論、多数のピストン装置を備えた機械を使用することができる。ピストン７０は吸込みの際に上方に移動する。管路７４およびまたは貯蔵室７１からの再循環ガスが吸い込まれる。この場合、スタート時に空気７２が大気から吸い込まれる。吸込みまたはスタートの際のこの過程は、適当な調節機構７３，７５によって制御される。圧縮相の場合、ピストン７０は近接する（ピストン７０は下降する）。作業サイクルでは、別個の圧縮された燃料７８が調節機構７９によって噴射され、酸素が調節機構７７によって化学量論的な比の近くで噴射され、圧縮比に応じて自己着火または火花点火される。それによって、膨張が開始される（ピストン７０が上方に移動する）。次の排出の際にピストン７０は下方に移動する。再循環による運転方法の場合には、弁８１だけが冷却器７０に開放している。スタートの際に、先ず最初にピストン機械が始動し、点火され、そして排気弁８４が絞られる。それによって、再循環管路８０とその分岐管路８４に排ガスが供給される。空気吸込み弁７３は徐々に絞られ、再循環部に主としてＣＯ2 からなる循環ガスが増える。スタートによって作用連結された両弁７３，８５が完全に閉じ、機械が再循環運転される。余剰循環ガス、すなわちＣＯ2 はサイクルから基本的に２つの方法で取り出される。すなわち、最も下側の圧力レベルでは、排出管路から分岐している、調節機構８３を備えた管路８２を経て、あるいは冷却器２４の前に配置された、図に詳しく示していない弁を通って取り出される。余剰循環ガスをサイクルから取り出す他の方法では、圧縮サイクルの適当な区間で圧力下で余剰循環ガスを分岐させ、再冷却し、そして凝縮させる。その際取り出された循環ガスは、回路が冷却器２４の後に良好な脱水部２５／２６を備えている場合には、排出される水をわずかしか含んでいない。このピストン機械は慣用の設備と異なり、出力増大のための過給を必要としない。閉じた回路またはほぼ閉じた回路からわずかな余剰ガスが取り出されると、管路７４を有する還流部と貯蔵室内のプロセス圧力が自動的に増大し、そしてその逆の現象が生じる。上述のように、この機械は燃料としての炭化水素または水素と、純酸素または酸素を多く含む空気を必要とする。比較的に純粋な酸素で運転する場合、窒素が火炎に入らない。それによって、ピストン機械で知られているＮＯx が全く発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
水とＣＯ2 を分離するための熱交換器を備えた閉鎖回路を有するガスタービンを示す図である。
【図２】
付加的な圧縮中間冷却を行う、図１のガスタービンを示す図である。
【図３】
閉鎖回路と蒸気回路を備えたガスタービンを示す図である。
【図４】
付加的な圧縮中間冷却を行う、図３の回路を示す図である。
【図５】
複数の蒸気タービンが蒸気回路内に統合されている、図３の回路図である。
【図６】
複数の蒸気タービンが蒸気回路内に統合されている、図４の回路図である。
【図７】
複数の換熱器と中間冷却器を備えた他のガスタービン回路を示す図である。
【図８】
等温圧縮機と換熱器によるガスタービンプロセスを示す図である。
【図９】
上記の１つの回路による最終目的を有するピストン機械プロセスを示す図である。
【符号の説明】
１              圧縮機ユニット
１ａ            予備圧縮機、ＮＤ圧縮機
１ｂ            仕上げ圧縮機、ＨＤ圧縮機
２              タービン
３              燃焼室
４              発電機
５              ロータ軸
６              吸い込まれる循環媒体、循環ガス、ＣＯ2 
７              スタート弁
８              空気
９              圧縮された循環ガス
１０            高温ガス
１１            圧縮された循環ガスからなる二次流
１２            圧縮された循環ガスからなる二次流
１３            弁
１４            冷却器
１５            液化されたＣＯ2 流れ
１６            寄生ガス
１７            空気噴霧装置
１８            酸素
１９            コンプレッサ
２０            調節機構
２１            燃料、燃焼ガス、ＣＨ4 
２２            調節機構
２３            タービンの排ガス、循環ガス
２４            熱交換器
２５            発生する水
２６            調節機構
２７            予圧縮された循環ガス
２８            中間冷却器
２９            予圧縮され冷却された循環ガス
３０            ＣＯ2 の凝縮された部分
３１            廃熱蒸気発生器
３２            蒸気タービン
３３            水ポンプ
３４            蒸気
３５            膨張した蒸気
３６            調節機構
３７            膨張した蒸気の一部
３８            冷却された排ガス
３９            冷却された排ガスの一部
４０            出口弁
４１            蒸気タービン
４２            膨張した蒸気
４３            調節機構
４４            膨張した蒸気の一部
４５            排ガス
４６            膨張器
４７            冷却された排ガスの一部
４８            膨張器から排出された排ガス
４９            中間冷却器、等温圧縮器
５０            中間冷却器
５１            換熱器
５２            換熱器
５３            換熱器
５４            管路
５５            管路
５６            燃焼室に通じる管路、温められた循環ガス
５７            冷却された循環ガス
５８            水ポンプ
５９            圧力水
６０            インゼクタ
６１            空気
６２            調節機構
６３            圧縮された循環ガス
６４            換熱器
６５            膨張した水
６６            準備処理された水
６７            循環ガスの一部
６８            調節機構
６９／７０      ピストン機械
７１            貯蔵室
７２            空気
７３            調節機構、空気吸込み弁
７４            戻し管路
７５            調節機構
７６            酸素
７７            調節機構
７８            燃料
７９            調節機構
８０            再循環管路、サイクル
８１            弁
８２            排出管路からの分岐管路
８３            調節機構
８４            再循環管路からの分岐管路
８５            排ガス弁